Порушення симетрії часу. Вчені створили надпровідник із незвичними квантовими властивостями

Міжнародна група фізиків здійснила проривне відкриття в галузі фізики матеріалів. Вони створили надпровідник, здатний порушувати математичну симетрію часу. Результати цього унікального дослідження було опубліковано в науковому журналі Physical Review Letters.

Традиційно надпровідники поділяють на дві великі групи, які називають родами. Речовини I роду повністю витісняють магнітне поле зі свого об'єму. При досягненні критичного значення магнітного поля їхня надпровідність миттєво руйнується. Надпровідники II роду мають два критичні значення поля. У діапазоні між ними магнітне поле починає проникати всередину матеріалу у вигляді квантованих вихорів (стан Абрикосова), при цьому електричний опір залишається рівним нулю. Надпровідність остаточно зникає лише за дуже високих значень другого критичного поля.

Науковці під керівництвом фахівців з Індійського інституту наукової освіти та досліджень у Бхопалі синтезували монокристали діантимоніду ітербію (YbSb2) і довели, що він належить до першого роду, але при цьому має властивості, які раніше приписували лише матеріалам другого роду.

За допомогою рентгенівського аналізу та вимірювань питомої теплоємності вчені підтвердили високу хімічну чистоту й наявність енергетичного бар'єра, що перешкоджає розпаду електронних пар. Використовуючи мюонну спінову спектроскопію — передовий метод квантового зондування без застосування зовнішнього магнітного поля, — вони з'ясували, що після переходу матеріалу у надпровідний стан у ньому спонтанно виникають мікроскопічні внутрішні магнітні поля.

Оскільки магнітні поля змінюють напрямок при оберненні часу, це стало прямим доказом того, що YbSb2 порушує симетрію обернення часу.

Крім того, електрони в такому матеріалі об’єднуються в нетрадиційний «спіновий триплет» із сумарним магнітним моментом, що дозволяє системі самостійно порушувати симетрію часу без зовнішніх полів. За низьких температур на поверхні матеріалу можуть виявлятися особливі майоранівські моди — квантові збудження, що діють як власні античастинки.

Це відкриває перспективи створення топологічних квантових матеріалів, здатних надійно захищати квантову інформацію від руйнівного впливу тепла або електромагнітного шуму.